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第1章 高超声速地面试验需求 1

1.1 概述 1

1.2 高超声速试验需求的历史、现状与展望 2

1.3 未来潜在的民用高超声速试验需求 4

1.3.1 行星探索 4

1.3.2 进入空间 4

1.4 高超声速试验的军事需求 10

1.4.1 进入太空 10

1.4.2 导弹 11

1.5 结论 12

第2章 高超声速试验设备原理 16

2.1 引言 16

2.2 高超声速关键技术 17

2.3 高超声速缩比试验 18

2.4 高焓和高速 19

2.5 高超声速设备种类 21

2.6 结论 23

第3章 NASA的HYPULSE设备——GASL的双运行模式、双驱动反射激波／膨胀风洞 26

3.1 引言 26

3.1.1 背景 26

3.1.2 本章主要内容 29

3.2 激波风洞和膨胀管 29

3.2.1 激波加热设备 29

3.2.2 反射激波风洞 29

3.2.3 激波-膨胀管 31

3.3 驱动技术 32

3.3.1 轻气体驱动 33

3.3.2 电加热轻气体驱动 33

3.3.3 燃烧加热轻气体驱动 34

3.3.4 压缩加热轻气体驱动（自由活塞驱动） 35

3.3.5 驱动技术对比小结 35

3.3.6 HYPULSE激波诱导爆轰驱动 36

3.4 HYPULSE运行及性能 37

3.4.1 设备结构及设备尺寸 37

3.4.2 HYPULSE运行 38

3.4.3 试验条件的验证 41

3.4.4 试验时间的确定 41

3.5 爆轰驱动RST运行模式时的驱动气体污染 43

3.5.1 喷管流动 45

3.5.2 驱动气体渗漏的瞬态发展 48

3.6 膨胀风洞运行模式喷管设计 49

3.6.1 skimmer喷管 50

3.6.2 full capture型面渐进过渡为锥形型面 52

3.6.3 试验验证 53

3.7 结论 55

第4章 LENS超高速风洞及其在复现飞行器飞行条件试验中的应用 61

4.1 引言 61

4.2 高超声速飞行性能的地面模拟试验 61

4.3 LENSⅠ与LENSⅡ的设计、运行和性能 66

4.3.1 简介 66

4.3.2 LENSⅠ与LENSⅡ的设计与运行 67

4.3.3 配套的气动热、气动光学和辐射测量仪器 69

4.4 风洞验证试验 72

4.5 LENS风洞设备在高超飞行器试验中的应用 75

4.5.1 高速拦截器气动热与气动光学性能评估 75

4.5.2 为进行导引头性能评估而进行的气动热测量示例 77

4.5.3 拦截器导引头构型的气动光学测量示例 81

4.6 轨控发动机喷流干扰效应的试验研究 83

4.6.1 简介 83

4.6.2 流场与气动热参数 83

4.6.3 关于流场模糊失焦现象的光谱和辐射测量 85

4.7 超燃冲压发动机性能研究 86

4.7.1 简介 86

4.7.2 发动机内部的激波干扰现象 89

4.8 结论 90

第5章 U-12大型激波管 93

5.1 引言 93

5.2 U-12激波管简介 93

5.3 运行方式 96

5.4 空气动力学问题研究 99

5.5 飞行器力与力矩测量 102

5.6 地球及行星大气激波后非平衡过程研究 103

5.7 U-12设备上开展的电磁波物理研究 106

5.8 U-12激波管弹道运行模式 108

5.8.1 圆盘旋转稳定电磁设备 110

5.8.2 夹膜装置 110

5.8.3 制动装置 110

5.9 结论 111

第6章 爆轰驱动激波管和激波风洞 114

6.1 引言 114

6.2 爆轰过程的气动原理 116

6.3 爆轰驱动运行原理 118

6.3.1 反向爆轰模式 119

6.3.2 正向爆轰模式 120

6.4 TH2-D爆轰驱动激波风洞 121

6.4.1 设备组成 121

6.4.2 爆轰波的起爆 124

6.4.3 爆轰段和卸爆段内波的传播过程 126

6.4.4 被驱动段内波的传播过程 129

6.4.5 试验段气流的校测 132

6.5 JF-10爆轰驱动高焓激波风洞 136

6.5.1 充气和混合系统 137

6.5.2 起爆 139

6.5.3 入射激波的衰减 140

6.5.4 校准结果 141

6.5.5 带空腔环的正向爆轰驱动 143

6.5.6 双爆轰驱动 147

6.5.7 带收缩喉道的爆轰驱动 150

6.6 UTA高性能激波管 155

6.7 爆轰驱动设备性能 166

6.8 结论 170

第7章 DLR高焓激波风洞（HEG）上开展的气动热力学研究 174

7.1 引言 174

7.2 HEG设备 175

7.2.1 运行 175

7.2.2 HEG锥形喷管的几何形状 177

7.3 测试技术 177

7.3.1 传统测试技术 177

7.3.2 光谱测量 178

7.3.3 时辨纹影 178

7.3.4 测力 178

7.4 数值求解器CEVCATS-N 179

7.5 喷管流动和自由流 180

7.5.1 化学／热力学平衡／非平衡 181

7.5.2 流动的瞬态发展 182

7.5.3 驱动气体污染 184

7.6 圆柱绕流 186

7.7 驱动气体污染的迟滞 192

7.8 现阶段工作 193

7.8.1 X-38/CRV救生舱 193

7.8.2 大气再入验证机 195

7.9 结论 198

第8章 HIEST特性及其在高超声速气动热力学和超燃冲压发动机研究中的应用 203

8.1 引言 203

8.2 HIEST简介、常规性能和限制 203

8.2.1 简介 203

8.2.2 常规性能 204

8.2.3 喷管流动的限制 208

8.3 HOPE气动力试验 209

8.4 热流的壁面催化效应 211

8.5 超燃冲压发动机 213

8.6 结论 214

第9章 多级压缩的活塞驱动气动设备（PGU） 216

9.1 引言 216

9.2 多级压缩的PGU设备 221

9.3 多级压缩方法 223

9.4 模拟高超声速外流主流的方法 226

9.5 模拟发动机喷流对飞行器后体的影响 229

9.6 PGU中的超燃试验 230

9.7 结论 233

第10章 电弧加热设备 237

10.1 引言 237

10.2 电弧加热器及高超声速试验 238

10.2.1 电弧加热用途及发展史 238

10.2.2 电弧加热设备类型 239

10.2.3 电弧加热器试验模式 242

10.2.4 电弧加热器试验应用 243

10.3 DoD和NASA电弧加热设备概述 247

10.3.1 DoD的电弧加热设备 247

10.3.2 NASA的电弧加热器 249

10.4 电弧加热器相关技术最新综述 254

10.4.1 设备技术 254

10.4.2 试验技术 256

10.4.3 试验测试仪器 258

10.4.4 电弧建模／仿真 259

10.5 结论 264

第11章 SCIROCCO 70MW等离子体风洞：新的高超声速能力 270

11.1 引言 270

11.2 设备 272

11.2.1 设备运行过程描述 272

11.2.2 设备性能 272

11.2.3 主要部件的技术参数 273

11.2.4 设备的交付验收情况及鉴定 278

11.3 高超声速的挑战：未来及潜在的应用 280

11.3.1 一般性问题 280

11.3.2 试验段气流环境 285

11.3.3 气动力模拟能力 289

11.3.4 吸气式推进系统的模拟能力 291

11.4 SCIROCCO的发展 296

11.4.1 潜在的气动力试验能力提升 296

11.4.2 潜在的吸气式推进试验能力提升 297

11.5 结论 298

第12章 气动与推进试验设备（APTU） 303

12.1 引言 303

12.2 未来高超声速吸气式推进系统试验的基本要求 304

12.3 APTU介绍 306

12.3.1 近期APTU试验能力提升计划 308

12.3.2 延长试验时间 310

12.3.3 增大模拟高度范围 310

12.3.4 提高推力测量能力 310

12.4 中远期APTU试验能力升级计划 311

12.4.1 马赫数8.0自由射流试验能力 311

12.4.2 增大尺寸 311

12.5 APTU试验技术的提升 312

12.5.1 试验方法 313

12.5.2 分析技术 315

12.6 总结 320

第13章 作为再入飞行器气动热力学问题研究工具的电弧加热设备 323

13.1 引言 323

13.2 试验设备与测量技术 325

13.3 流动特性 328

13.4 局部气动热力学试验 331

13.5 TPS部件的表征与评价 337

13.6 再入条件下的飞行传感器考核 340

13.7 结论 347

第14章 NASA兰利研究中心的8ft高温风洞 351

14.1 引言 351

14.2 设备描述 353

14.2.1 主要设备部件 353

14.2.2 主要保障系统 357

14.2.3 数据采集和测量仪器 361

14.3 试验能力 362

14.3.1 结构和材料 362

14.3.2 吸气式推进试验 365

14.3.3 系统概念性能评估试验 366

14.4 运行 366

14.5 结论 368

第15章 NASA格林研究中心的高超声速风洞设备 370

15.1 引言 370

15.2 设备的历史 371

15.3 设备描述 372

15.3.1 石墨蓄热式加热器 373

15.3.2 设备的热部件 374

15.3.3 喷管 375

15.3.4 试验段和推力试验台组件 375

15.3.5 扩压器／蒸汽引射器系统 375

15.3.6 氮气系统 376

15.3.7 氧气系统 376

15.3.8 冷却水系统 376

15.3.9 风洞设备控制系统 376

15.3.10 数据系统 377

15.3.11 试验保障系统 377

15.3.12 氢气燃料系统 377

15.3.13 液体JP燃料系统 378

15.3.14 高压冷却水 378

15.4 风洞的典型运行过程 378

15.5 独特的价值和试验能力 379

15.6 结论 379

第16章 ONERA F4高焓风洞 381

16.1 引言 381

16.2 F4风洞的原理和描述 383

16.2.1 F4风洞的原理 383

16.2.2 总体布局和喷管 384

16.2.3 电弧室 386

16.2.4 脉冲发生器 387

16.2.5 真空系统 388

16.2.6 数据采集系统 388

16.2.7 纹影仪 388

16.3 调试和校准 388

16.3.1 风洞发展历史 388

16.3.2 实际运行与技术调校 389

16.3.3 试验段的校准 390

16.3.4 驻室条件检测 392

16.3.5 喷管流动和来流特性 393

16.4 典型的模型试验 397

16.4.1 气动力测量 397

16.4.2 热流测量 401

16.4.3 压力测量 402

16.4.4 流动显示、纹影系统和光学设备 402

16.5 结论与展望 402

第17章 AEDC的9号超高速风洞 405

17.1 引言 405

17.2 9号风洞设备描述 405

17.2.1 近期的发展和升级改造 408

17.2.2 马赫数10高雷诺数试验能力 408

17.2.3 马赫数14高空试验能力 409

17.2.4 马赫数8高动压（防护罩分离）试验能力 409

17.2.5 马赫数8模拟范围的扩展 410

17.2.6 马赫数16.5喷管 412

17.2.7 马赫数7热结构设备 412

17.2.8 9号风洞的气动光学组件 412

17.2.9 子系统改进 413

17.3 结论 413

第18章 利用磁悬浮和电磁推进的高超声速地面试验设备 416

18.1 引言 416

18.2 背景 417

18.3 综述 418

18.4 设备概念 420

18.5 系统需求 422

18.6 试验技术 424

18.7 相关的问题 428

18.8 关键技术方案 428

18.9 未来努力方向 429

18.10 总结 430

第19章 Holloman高速试验轨道（HHSTT）的高超声速试验能力 433

19.1 引言 433

19.2 HHSTT的高超声速升级项目 436

19.2.1 背景 436

19.2.2 建模与仿真工具的改进 436

19.2.3 火箭橇的设计改进 437

19.2.4 设备改进 437

19.2.5 先进火箭发动机的研制 438

19.3 HHSTT的高超声速能力 439

19.3.1 非回收试件 439

19.3.2 可回收试件 440

19.4 磁悬浮试验车轨道的发展 444

19.4.1 背景 444

19.4.2 设计的演变 444

19.4.3 系统描述 448

19.5 结论 460

第20章 AEDC G靶／导轨发射能力的提升 462

20.1 引言 462

20.2 8in发射器的发展 463

20.2.1 概述 463

20.2.2 高仿真模型 464

20.2.3 内膛从3.3in到8in的转换过程 464

20.2.4 许可证 466

20.2.5 模型设计 466

20.2.6 迎角控制 468

20.2.7 迄今为止8in发射器的发展 468

20.3 4in发射器的发展 469

20.3.1 引言 469

20.3.2 设计／安装过程 470

20.4 10km/s的发射技术概述 471

20.4.1 超高压-高压段方案 473

20.4.2 注入式方案 476

20.4.3 两级活塞方案 478

20.4.4 实验室引导型设备设计 479

20.5 结论 481

第21章 新型马赫数8～15真实温度试验设备概念 483

21.1 引言与背景 483

21.2 RDHWT/MARIAHⅡ计划 485

21.3 试验需求的评估 485

21.3.1 高超声速飞行系统的试验需求 487

21.3.2 吸气式推进的试验需求 487

21.3.3 喷流干扰的试验需求 488

21.3.4 气动光学的试验需求 489

21.4 RDHWT/MARIAHⅡ设备概念研究计划综述 489

21.4.1 超高压（UHP）供气系统 491

21.4.2 喷管和喉道截面 493

21.4.3 超声速热能注入系统 495

21.4.4 磁流体动力（MHD）增强技术 502

21.4.5 系统集成 506

21.5 结论 506

第22章 使用增压器的新一代高超声速绝热压缩设备 510

22.1 引言 510

22.2 现有风洞中高超声速流场的模拟 511

22.3 利用高压力的优势 517

22.4 我们的概念 519

22.5 绝热压缩高超声速气动力设备A-1 519

22.6 预压缩级布局、结构和运行的选择 519

22.7 A-1的运行原理 522

22.8 高压单元 523

22.9 试验结果和应用 525

22.10 绝热压缩高超声速风洞AT-303 527

22.11 AT-303的测量设备与系统控制 529

22.12 参数范围 529

22.13 模型位置区域的非均匀速度场 533

22.14 结论 535

附录1 英制—公制换算表 541

附录2 航天与航空进展系列丛书 542